fot. LUMEL

Wymagania techniczne stawiane przez Operatorów Systemu Dystrybucyjnego (OSD) odbiorcom w zakresie przekładników stosowanych w układu pomiarowo-rozliczeniowego i zabezpieczeń wynikają w głównej mierze z aktualnych aktów prawnych oraz zatwierdzonej przez Urząd Regulacji Energetyki (URE) Instrukcji Ruchu i eksploatacji Systemu Dystrybucyjnego (IRiESD). Podstawowym zadaniem przekładników jest zapewnienie prawidłowości rozliczeń z dochowaniem odpowiedniej klasy dokładności oraz ochrona urządzeń przed skutkami zakłóceń w systemie elektroenergetycznym.

Przekładniki w systemie elektroenergetycznym pełnią funkcję przetwornika zapewniającego przetwarzanie wartości prądów i napięć pierwotnych na znormalizowane wielkości po stronie wtórnej. Galwaniczne odizolowanie obwodów pierwotnych i wtórnych chroni urządzenia pomiarowe przyłączone do strony wtórnej. W zależności od rodzaju przyłączonych urządzeń wtórnych i stawianych przed nimi zadań przekładniki muszą zapewnić odpowiednią dokładność w wymaganych zakresach pracy. Urządzenia wtórne służące do pomiaru energii elektrycznej wymagają bardzo dużej dokładności transformacji w zakresie pracy normalnej systemu elektroenergetycznego i projektowane są dla wąskich zakresów zmian wielkości pierwotnych. W przypadku pracy przekładników pomiarowych w stanach awaryjnych, niepożądanych przez użytkowników systemu elektroenergetycznego, takich jak zwarcia czy znaczne spadki napięć, wielkości błędów transformacji są bez znaczenia.

Dla przekładników zabezpieczeniowych najważniejsze jest prawidłowe odzwierciedlenie wielkości prądów i napięć w stanach awaryjnych. Nowoczesne, szybko działające zabezpieczenia wymagają dokładnej transformacji wielkości pierwotnych silnie odkształconych przez zwarcia.

Dobór przekładników pomiarowych 

Przekładniki prądowe 

Przekładniki prądowe w układach pomiarowo-rozliczeniowych powinny spełniać poniżej wymienione kryteria i charakteryzować się podanymi parametrami:

1. Znamionowe napięcie przekładnika (U_n) – wartość skuteczna napięcia izolacji obwodu pierwotnego przekładnika - nie powinna być niższa od znamionowego napięcia pierwotnego układu elektroenergetycznego.

2. Rzeczywisty prąd roboczy strony pierwotnej (I) powinien mieścić się w granicach od 20 do 120% (dla standardowo wykonanych przekładników ze współczynnikiem ext. 120%) znamionowego prądu pierwotnego przekładnika (I_n1) przy jednoczesnym prognozowalnym poborze mocy czynnej nie mniejszym niż 20% I_n1.

(1)
(2)

W praktyce występuje często problem z określeniem mocy minimalnej pobieranej przez odbiorcę lub kiedy moc minimalna jest poniżej poziomu 20% In1. Rozwiązaniem tego problemu może być podniesienie klasy przekładnika prądowego, a w sytuacjach ekstremalnych również klasy licznika energii elektrycznej.

Przykładem niespełnienia wymogu zachowania minimalnego 20-procentowego progu poboru energii są wytwórcy energii elektrycznej, których pobór energii elektrycznej na potrzeby własne jest często w granicach 5% In1 przekładnika prądowego.

Dla odbiorców i wytwórców należących do grupy taryfowej B3 i B4 (grupy, w których znajduje się najwięcej wytwórców) wymagana klasa przekładnika prądowego wynosi 0,5. Dobierając przekładnik o klasie 0,2S przy 1% obciążenia otrzymujemy błąd graniczny odpowiadający błędowi przy 20% obciążenia w klasie standardowej 0,5, tj. ± 0,75% (rys. 1).

Rys. 1. Znormalizowane granice błędów prądowych Δi przekładników prądowych

W przypadku występowania etapowości w inwestycji związanej ze wzrostem mocy przyłączeniowej pomoce jest rozważenie zastosowania przekładników przełączalnych, które obsłużą cały zakres prądów znamionowych. Rozwiązanie to jest rozwiązaniem zdecydowanie bardziej ekonomicznym od konieczności zagwarantowania dla każdego kolejnego etapu oddzielnego kompletu przekładników prądowych.

Jeżeli różnice w mocy zamówionej nie są znaczne, z ekonomicznego punktu widzenia korzystniejsze będzie zastosowanie wyższej klasy dokładności przekładników prądowych, z uwzględnieniem ich możliwości przeciążenia do standardowej wartości ext. 120%. 

3. Znamionowy prąd wtórny przekładnika (I_n2) – wartość znamionowego prądu urządzenia wtórnego; w przypadku liczników energii elektrycznej najczęściej stosowany jest 5A, a w przypadku zastosowania bardzo długich obwodów wtórnych 1A.

4. Moc znamionowa przekładnika (Sn) – wartość mocy pozornej, która powinna być nie mniejsza niż całkowita moc pobierana przez urządzenia wraz z przewodami i zestykami przyłączonymi do strony wtórnej przekładnika, przy przepływie przez te obwody prądu znamionowego (I_n2). Obciążenie strony wtórnej przekładników powinno zawierać się w poniższym zakresie:

(3)
(4)
gdzie:	S1	– pobór mocy przez tor prądowy liczników energii elektrycznej
		– strata mocy na przewodach obwodów wtórnych pomiarowych
		– strata mocy na zestykach (dla rozdzielni wnętrzowych R = 0,05 Ω/1tor, dla rozdzielni napowietrznych R = 0,1 Ω/1tor).

Przy modernizowanych układach pomiarowych, gdy liczniki indukcyjne zastępowane są nowoczesnymi licznikami elektronicznymi ze znikomym obciążeniem torów prądowych, zachodzi często konieczność dodatkowego dociążenia wtórnych torów prądowych przekładników rezystorami dociążającymi włączonymi szeregowo w obwód. I tak, rezystor o rezystancji np. 0,2 Ω wprowadzi dodatkową wymaganą stratę mocy 5W. W obwodach prądowych stosuje się przewody miedziane o przekroju nie mniejszym niż 2,5 mm².

5. Współczynnik bezpieczeństwa przyrządów (FS) – według Instrukcji Ruchu i Eksploatacji Systemu Dystrybucyjnego (IRiESD) przekładniki prądowe powinny mieć współczynnik bezpieczeństwa przyrządu FS nie większy niż 5. 

6. Znamionowa wartość krótkotrwałego prądu cieplnego (I_th) – wartość skuteczna prądu pierwotnego, przy którym przekładnik ze zwartymi uzwojeniami wtórnymi powinien wytrzymać bez uszkodzenia w ciągu jednej sekundy. Określany jest jako wielokrotność znamionowego prądu pierwotnego, np. I_th = 100 x I_n1. W praktyce, po obliczeniu prądu I_th, sięgamy do karty katalogowej wytwórcy przekładników i dobieramy z odpowiedniej tablicy przy zakładanym prądzie pierwotnym przekładnik o I_th większym od obliczeniowego.

Problem z doborem odpowiedniego prądu termicznego może wystąpić, gdy odbiorca posiada małą moc przyłączeniową, a układ pomiarowy znajduje się w stosunkowo bliskiej odległości od GPZ-u. Wartości podłużne R i X linii są wówczas niewielkie, a wyznaczenia prądu początkowego zwarcia I_p dokonuje się wprost na podstawie reaktancji systemu elektroenergetycznego. Rozwiązaniem tego problemu może być uwzględnienie krótkiego czasu trwania zwarcia. Dane dotyczące czasów trwania zwarć z reguły widnieją w warunkach technicznych, a w przypadku ich braku można je uzyskać u Operatora Systemu Dystrybucyjnego (OSD) w Wydziale Zabezpieczeń. Gdy czas trwania zwarcia (t_k) wynosi mniej niż 1 s można wówczas wyznaczyć równoważny krótkotrwały prąd cieplny (I_thk) według poniższej zależności, wynikającej z adiabatycznego procesu nagrzewania przekładnika:

(5)

Dzięki temu krótkotrwały prąd cieplny rozpatrywanego przekładnika jest dobrany z odpowiednim zapasem do obwodu elektroenergetycznego o czasie trwania mniejszym niż 1 s. Wzór (5) jest również prawidłowy do wyznaczania krótkotrwałego prądu cieplnego dla zwarć o czasie trwania powyżej 1 s, co w efekcie wiąże się z koniecznością doboru przekładnika o I_th wyższym. Szczególnie ważne jest to w przypadku linii napowietrznej, gdzie układ zabezpieczeń wyposażony jest w automatykę SPZ. Przy działaniu automatyki SPZ przerwy bezprądowe są za krótkie do odprowadzenia ciepła i należy czasy zwarć sumować.

7. Najwyższa spodziewana wartość szczytowa prądu pierwotnego w nieustalonych stanach zwarciowych (I_dyn) powinna być mniejsza od wartości określającej wytrzymałość dynamiczną przekładnika. Jest to wartość szczytowa prądu pierwotnego, którą przekładnik ze zwartymi uzwojeniami wtórnymi powinien wytrzymać bez uszkodzenia elektrycznego lub mechanicznego w wyniku działania sił elektrodynamicznych. Wartość znamionowego prądu dynamicznego powinna być 2,5 raza większa od znamionowego krótkotrwałego prądu cieplnego i powinna być podana na tabliczce znamionowej, gdy jest inna od wartości:

(6)

8. Przekładniki wielordzeniowe. Ze względu na wykorzystywanie w sieci małogabarytowych rozdzielnic konsumentowych SN powstaje problem z zainstalowaniem większej liczby kompletów przekładników prądowych w jej polach dopływowych. Popularnym rozwiązaniem stosowanym przez projektantów jest stosowanie przekładników wielordzeniowych.

Rozwiązanie to jest dopuszczalne, niemniej jednak stanowi poważny problem eksploatacyjny, polegający na ograniczonym dostępie do rdzenia na cele zabezpieczeniowe z powodu konieczności oplombowania przez pracowników OSD całego pola dopływowego lub całej listwy zaciskowej.

Zgodnie z IRiESD do uzwojenia wtórnego przekładników prądowych nie wolno przyłączać innych przyrządów.